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我歼20如何借鉴美国脉动式生产

1/21 本月11日,美国洛克希德马丁公司在官方网站上对外发布消息称,该公司已经完成了第300架生产型F-35战斗机的交付。这300架F-35中包括197架陆基型F-35A、75架短距起飞垂直降落型F-35B和28架舰载型F-35C。几乎与此同时,中国某飞机制造厂官方高调公布了一篇“官八股”,其中特别突出了该飞机制造厂工人“常常每天加班至第二天凌晨2、3点钟、甚至通宵”以及“不顾上年幼的孩子,只能把年仅九岁的二字送到托管班”等等事迹。两相对比,我们不禁要问,为何美国人的F-35制造的如此轻松?美国人身上究竟还有多少东西值得我们学习借鉴?本期出鞘,我们就来谈谈飞机生产这些事。(查看完整内容搜索微信公众号:sinamilnews)

2/21 说起美国F-35战斗机,从其诞生之初,人们对其的评价就是贬大于褒的。甚至有人为其冠上了“四代机守门员”的称号。言下之意,F-35是四代(中国标准,下同)机里性能最差的,只要是真·四代机都能在与F-35的对比中取得优势。而苏-57、征服者F-313这些,“那就不是个四代机”。在这里,我们不对F-35的具体性能多做评价,只简单地阐述一个空战史的的基本事实:在样本容量足够大的情况下,只要双方飞机没有“代差”,狗斗的交换比会无限接近于1:1,而超视距作战则至少可以大幅降低己方被击落的概率。

3/21 以上事实也是F-35存在的基础——F-35本来就不是为了狗斗而生的飞机。就目前的发展状况来看,大多数空军也都认可了F-35的作战方式。这就可以解释为何仅美国空军一家就已经订购了数以千计的F-35战斗机,此外美国海军和海军陆战队还分别订购了260架F-35C和420架F-35B/C。在美国之外,英国海空军共订购了138架F-35B(虽然我们至今仍未知道那年皇家空军是怎么想的),是F-35系列战斗机最大的“海外用户”。简略计算一下可知,F-35的三个字型号目前已经获得了世界上12个国家的共3156架的订单量。这样的火爆程度以“空前绝后”来形容丝毫不夸张。

4/21 空前绝后的订单数量也是导致F-35产量惊人的催化剂。这里我们依旧通过简单的数学计算来说明F-35的产能有多么惊人。2015年4月29日,洛克希德马丁向美国海军陆战队交付了第一架量产版的F-35B战斗机。2018年6月11日,洛克希德马丁累计向其用户交付了300架F-35——洛马公司平均每年可以交付近100架F-35。如果从F-35在2011年7月进入低速量产阶段(LRIP,low rate initial production?)开始计算,洛马公司平均每年可以生产43架F-35——这甚至超过了我国某老字号战斗机制造厂一年内全部飞机产量(还得是大家“夸耀”的产量,实际嘛……)。

5/21 由于F-35诞生早期出现了各种各样的问题。F-35在低速量产的头几年是在不断的返工、重新设计中度过的。其产能也不可避免的受到了一定的限制。在逐步解决了这些问题,同时改善了生产工艺和技术后,2017年洛马公司一共生产了66架各类型F-35战机。今年,F-35将进入全面量产(full production)阶段,全年预计生产91架各类F-35战斗机。在进入全面量产阶段后,F-35的年产量还将继续增加,最终将在2023年达到160架的年产量。

6/21 在巨大的产量面前,F-35“史上最贵战斗机”的恶名也已经被摘掉。据洛马公司官方披露,自从F-35进入低速量产阶段以来,单机的制造工时下降了75%,生产时间缩短了25%。以2017年2月洛马公司与美国国防部签订的第10批次低速量产(LRIP-10)合同为准,F-35A战斗机的单机飞离价格(flyaway cost)仅为9460万美元;F-35C价格稍高,约为1亿2180万美元,F-35B最贵,约为1亿2280万美元。要知道,2017年法国第三代战斗机阵风-M的单机飞离价格都有8500万美元。

7/21 根据洛马公司估计,F-35A的单机飞离价格将在2018年下降至8500万美元,在2020年下降至8000万美元。这意味着以阵风-M为代表的第三代(半)战斗机都将被扔进历史的垃圾桶——他们将失去对第四代战斗机唯一的优势-价格。单机成本的降低意味着美军每年将能够采购更多数量的战斗机。而以目前的采购量和产能来计算,在2035年左右,美军就将完成空、海、海军陆战队三军全部的F-35战斗机采购计划,届时美国三军将拥有超过2000架第四代战斗机(包括F-22A和F-35)——留给我们追赶的时间实在是太少了。

8/21 目前,解放军共拥有约20-30架第四代战斗机,以2017年3月官媒报道歼-20进入空军序列为起点计算的话,歼-20目前每年的交付量约为20架左右——这与部分网友此前的预测大致相当。看到这里,是不是有许多网友心里突然拔凉拔凉的?我们歼-20的年产量居然只有F-35的不到一半?不过实际情况并没有那么糟糕:在F-35实现小规模量产后的第二年,也就是2012年。洛马公司共生产了30架F-35战斗机。如果以同为重型战斗机的F-22说明,情况则更加乐观——在F-22A开始量产的第6年(2004年)后,年产量常年维持在20架左右。

9/21 虽然目前歼-20的量产才刚刚开始。但基本可以肯定其产能将远超歼-11B、歼-15、歼-16等国产三代战斗机和F-22,最终达到与F-35相当的水平。同“越复杂的飞机制造周期越长,年产量越低”的一般认知不同,飞机的年产量其实主要取决于其生产方式。工业生产的方式一般来说可以分为“固定式”和“移动式”两种。具体而言,“移动式”生产线又可以分为“连续移动式”(俗称的流水线或者福特式)和“间隔移动式”(俗称的脉动线)。这三种生产方式也都广泛的用于飞机制造领域。

10/21 固定式生产在工业生产中是最为古老的,在福特式出现以前,工业产品都是通过固定式生产生产出来的。这种生产方式要求每一个/组工人都掌握制造的整个环节。而这种生产方式的缺点在于,工人的培训非常困难。同时在一般情况下,由于工人“博而不精”很容易造成人为的疏漏而导致良品率过低。以二战时期采用固定式生产的零式战斗机为例,“没有任何两架零战是一样的”。比如蒙皮组装,零式战斗机蒙皮的生产过程需要一块块的计算、手敲成型。

11/21 同时蒙皮在生产出来后并没有预制铆接孔,这又在安装阶段造成了极大地误差。如今我们所说的“两架飞机不一样”通常是指蒙皮的长短大小“因人而异”,但是对于零式战斗机来说,两架飞机能做到蒙皮块数一致就谢天谢地了。不过这种误差其实是可以回避的。比如美国飞机虽然同样需要手敲蒙皮,但因为有预制模具和预制铆孔,安装这些蒙皮时的人为误差将可降低到可接受的范围之内。而当采用的同样的工艺之后,固定式的装配误差将远远小于同一时期,以美国为代表的工业国在二战中广泛采用的流水线模式。

12/21 流水线的特点是,工人在工位上不移动,而飞机在流水线上移动。每个工人只需要掌握一项装配步骤即可上岗。这在降低了工人的培训难度的同时,极大地提升了飞机的制造速度。此外,由于每个工人仅负责一项工作,“熟能生巧”,人为造成的误差也在可以控制的范围内。不过正如上文所说,一个熟练的固定装配工人装配出的飞机良品率会高于一个熟练的流水线。其主要原因是,固定装配工人“知道自己干了什么、将要干什么”,而流水线上的每一个工人“只知道自己正在干什么”。

13/21 当二战结束后,飞机的复杂程度急剧飙升,所允许的几何量公差范围大幅降低,流水线也就随之退出了飞机的生产。在其后相当长的一段时间里,飞机制造一直采用固定式的生产模式。直到上世纪末、本世纪初“脉动式生产线”的诞生及大规模应用。所谓脉动式生产线的特点是每一组工人负责一个站位,每个站位负责装配飞机的一个或几个子系统——其实是结合了固定式与流水线的优点、回避了两者的不足。一来工人的培训难度会降低;二来,对其负责的装配环节之间的整合能够做到“心中有数”;最后,这种装配模式可以大幅提升飞机的产能。

14/21 F-22是洛马公司最早开始采用脉动式生产线生产的飞机。2002年,洛马公司高管参观了波音公司制造阿帕奇武装直升机的脉动式生产线。为了加快F-22A战斗机和(未来的)F-35战斗机的生产速度,洛马下决心建立自己的脉动式生产线。由于脉动式生产线的建立,F-22A战斗机的产量有了显著的增加(2003年F-22的产量仅为11架)。根据洛马官方的说法,在开足马力的情况下,F-22A生产线的每个工位10天移动一次——这意味着每10天就可以有一架崭新的F-22A下线。

15/21 目前,国内的飞机生产大致可以分为两个派系——“固定派”和“脉动派”。前文提到的某老字号飞机制造厂正是“固定派”的领军人物。其目前主要负责生产的歼-11B/BS战斗机、歼-15舰载战斗机和歼-16多用途战斗机,均采用了固定式的生产模式。由于生产模式的特性所致,这所飞机生产厂集中涌现了大批国内顶尖的钳工、铣工等“国宝级技工”——用现在的流行词来说,就是“大国工匠”。这些“大国工匠”确实在手法,技术上已经达到了人加工领域的最好极限。但我们毕竟不能苛求每个工人都是这种“大国工匠”, 一般工人的加工零件的精度、速度和产品报废率,都将一定程度上导致产量的不足。

16/21 歼-20战斗机的总设计师杨伟曾经说:“其实干航空事业,也不能总说那些个加班加点、胃疼了顶个筷子的老套路故事。”“这份工作其实很酷,即使外人不知道。在产品中见证自己的创新、发展,在成果中实现自我价值”。枯燥乏味的工作既不利于中国航空工业的发展,同样不适用于未来战争的需要——在此前的《出鞘》中,我们已经多次的论述过了一个基本事实——数量就是质量。采用纯工业化的、超高精度的零件加工(数控机床、CNC加工中心、机器人手臂等先进加工设备,所带来的精度和良品率均非人力所能及),和在保证质量的同时可以尽量提升速度的脉动式生产线才是强军兴军的必由之路。

17/21 近年来为我国制造了大批新锐战斗机的另一家飞机制造厂则是“脉动派”的新兴领袖。2016年,该飞机制造厂建成了用于生产歼-10系列战斗机的脉动式生产线。这一年,该厂共生产了约40-50架歼-10系列战机。歼-10的这条生产线,这是继某飞机制造厂生产歼轰-7战斗轰炸机的脉动式生产线之后,中国第二条用于生产军用飞机的脉动式生产线。而在2017年4月,我国另一家飞机制造厂又为运-9运输机建立了国内第三条脉动式生产线。可以说这三条脉动式生产线的建立为解放军航空兵的发展提供了有力的保障。

18/21 歼-10脉动式生产线的成功运行也为歼-20的大量生产铺平了道路。在此我们可以做一个简单的推理:如果中国空军目前大部分的歼-20战斗机,是在去年交付空军部队的那批歼-20之后生产的,那么歼-20很可能已经应用了脉动式生产线。反之,则有可能依旧采用固定式的装配流程。不过不论如何,可以肯定的一点是:在未来,歼-20的生产一定要由脉动式生产线完成——我们最主要的对手在未来已经确定会拥有超过2300架第四代战斗机,而中国却只有这一款真正能够称得上第四代的战斗机。为了在今后的对抗中不落下风,歼-20至少不应该在数量上对美国第四代战机居于劣势。

19/21 由于第四代战机对于生产线的净度有额外的要求,第三代战斗机的生产厂房并不适合直接拿来改造成为第四代战斗机的生产线。以美国为例,洛克希德马丁公司的臭鼬工厂曾经生产过SR-71黑鸟侦察机和F-117隐身战斗轰炸机。而F-22A隐身战斗机由于采用了更高的工艺标准,并没有继续在臭鼬工厂生产而是在玛丽埃塔工厂新建了生产线。这使得这座工厂同样非常适合作为F-35的生产工厂。但由于F-35开始生产的时候,玛丽埃塔的厂房依然在生产F-22A,故洛马又斥资在沃斯堡工厂建立了一条生产线。而在玛丽埃塔的F-22A生产线关闭后,洛马几乎是第一时间将其改造为了F-35的生产线。

20/21 基于此原因,歼-20未来(可能新增)的脉动式生产线未必会挤占目前歼-10战斗机的生产厂房,而更有可能是另外开辟新的厂房。这意味着在短期内,歼-20应该不会因为“场地问题”挤占歼-10的产能。这种可能性至少要等到歼-10停产之后再说。当然,上文提到的都是一些“细节”上的问题,要问笔者对于歼-20的产能影响最大的因素是啥,笔者会说——是钱。那么本期《出鞘》就到这里,我们下期再见。

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